揭秘半導體制造全流程（中篇）

在《揭秘半導體制造全流程（上篇）》 中，我們給大家介紹了晶圓加工、氧化和光刻三大步驟。本期，我們將繼續探索半導體制造過(guò)程中的兩大關(guān)鍵步驟：刻蝕和薄膜沉積。

第四步：刻蝕

在晶圓上完成電路圖的光刻后，就要用刻蝕工藝來(lái)去除任何多余的氧化膜且只留下半導體電路圖。要做到這一點(diǎn)需要利用液體、氣體或等離子體來(lái)去除選定的多余部分。

刻蝕的方法主要分為兩種，取決于所使用的物質(zhì)：使用特定的化學(xué)溶液進(jìn)行化學(xué)反應來(lái)去除氧化膜的濕法刻蝕，以及使用氣體或等離子體的干法刻蝕。

濕法刻蝕

使用化學(xué)溶液去除氧化膜的濕法刻蝕具有成本低、刻蝕速度快和生產(chǎn)率高的優(yōu)勢。然而，濕法刻蝕具有各向同性的特點(diǎn)，即其速度在任何方向上都是相同的。這會(huì )導致掩膜（或敏感膜）與刻蝕后的氧化膜不能完全對齊，因此很難處理非常精細的電路圖。

干法刻蝕

干法刻蝕可分為三種不同類(lèi)型。第一種為化學(xué)刻蝕，其使用的是刻蝕氣體（主要是氟化氫）。和濕法刻蝕一樣，這種方法也是各向同性的，這意味著(zhù)它也不適合用于精細的刻蝕。

第二種方法是物理濺射，即用等離子體中的離子來(lái)撞擊并去除多余的氧化層。作為一種各向異性的刻蝕方法，濺射刻蝕在水平和垂直方向的刻蝕速度是不同的，因此它的精細度也要超過(guò)化學(xué)刻蝕。但這種方法的缺點(diǎn)是刻蝕速度較慢，因為它完全依賴(lài)于離子碰撞引起的物理反應。

最后的第三種方法就是反應離子刻蝕(RIE)。RIE結合了前兩種方法，即在利用等離子體進(jìn)行電離物理刻蝕的同時(shí)，借助等離子體活化后產(chǎn)生的自由基進(jìn)行化學(xué)刻蝕。除了刻蝕速度超過(guò)前兩種方法以外，RIE可以利用離子各向異性的特性，實(shí)現高精細度圖案的刻蝕。

如今干法刻蝕已經(jīng)被廣泛使用，以提高精細半導體電路的良率。保持全晶圓刻蝕的均勻性并提高刻蝕速度至關(guān)重要，當今最先進(jìn)的干法刻蝕設備正在以更高的性能，支持最為先進(jìn)的邏輯和存儲芯片的生產(chǎn)。

針對不同的刻蝕應用，泛林集團提供多個(gè)刻蝕產(chǎn)品系列，包括用于深硅刻蝕的DSiE?系列和Syndion?系列、關(guān)鍵電介質(zhì)刻蝕產(chǎn)品Flex?系列、用于導體刻蝕的Kiyo?系列、用于金屬刻蝕的Versys? Metal系列。在行業(yè)領(lǐng)先的Kiyo和Flex工藝模塊的基礎上，泛林集團還于去年3月推出Sense.i?系列，其高性能表現能夠滿(mǎn)足前述生產(chǎn)過(guò)程所需的精確性和一致性要求，適合各種關(guān)鍵和半關(guān)鍵性刻蝕應用。

第五步：薄膜沉積

為了創(chuàng )建芯片內部的微型器件，我們需要不斷地沉積一層層的薄膜并通過(guò)刻蝕去除掉其中多余的部分，另外還要添加一些材料將不同的器件分離開(kāi)來(lái)。每個(gè)晶體管或存儲單元就是通過(guò)上述過(guò)程一步步構建起來(lái)的。我們這里所說(shuō)的“薄膜”是指厚度小于1微米（μm，百萬(wàn)分之一米）、無(wú)法通過(guò)普通機械加工方法制造出來(lái)的“膜”。將包含所需分子或原子單元的薄膜放到晶圓上的過(guò)程就是“沉積”。

要形成多層的半導體結構，我們需要先制造器件疊層，即在晶圓表面交替堆疊多層薄金屬（導電）膜和介電（絕緣）膜，之后再通過(guò)重復刻蝕工藝去除多余部分并形成三維結構。可用于沉積過(guò)程的技術(shù)包括化學(xué)氣相沉積 (CVD)、原子層沉積 (ALD) 和物理氣相沉積 (PVD)，采用這些技術(shù)的方法又可以分為干法和濕法沉積兩種。

①化學(xué)氣相沉積

在化學(xué)氣相沉積中，前驅氣體會(huì )在反應腔發(fā)生化學(xué)反應并生成附著(zhù)在晶圓表面的薄膜以及被抽出腔室的副產(chǎn)物。

等離子體增強化學(xué)氣相沉積則需要借助等離子體產(chǎn)生反應氣體。這種方法降低了反應溫度，因此非常適合對溫度敏感的結構。使用等離子體還可以減少沉積次數，往往可以帶來(lái)更高質(zhì)量的薄膜。

②原子層沉積

原子層沉積通過(guò)每次只沉積幾個(gè)原子層從而形成薄膜。該方法的關(guān)鍵在于循環(huán)按一定順序進(jìn)行的獨立步驟并保持良好的控制。在晶圓表面涂覆前驅體是第一步，之后引入不同的氣體與前驅體反應即可在晶圓表面形成所需的物質(zhì)。

③物理氣相沉積 

顧名思義，物理氣相沉積是指通過(guò)物理手段形成薄膜。濺射就是一種物理氣相沉積方法，其原理是通過(guò)氬等離子體的轟擊讓靶材的原子濺射出來(lái)并沉積在晶圓表面形成薄膜。

在某些情況下，可以通過(guò)紫外線(xiàn)熱處理 (UVTP) 等技術(shù)對沉積膜進(jìn)行處理并改善其性能。

泛林集團的沉積設備均具備出色的精度、性能和靈活性，包括適用于鎢金屬化工藝的ALTUS?系列、具有后薄膜沉積處理能力的SOLA?系列、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積SPEED?系列、采用先進(jìn)ALD技術(shù)的Striker?系列以及VECTOR? PECVD系列等。

下一期，我們將為大家介紹半導體制造中的最后三個(gè)重要步驟——互連、測試和封裝，敬請期待！